Статья: Редкие и редкоземельные элементы в Cu-Ni рудах Норильского района

Прожилково-вкрапленные руды

Прожилково-вкрапленная минерализация, связанная с массивными рудами, наложена на все типы вмещающих пород, слагающих экзоконтакты тел сплошных сульфидов, а также и на интрузивные породы, содержащие вкрапленное оруденение. Прожилково-вкрапленные руды Талнахского и Октябрьского месторождений в метаморфических и метасоматических породах по осадочно-терригенным породам тунгусской серии, осадочным породам девона локализуются в основном в нижнем, реже в верхнем экзоконтактах рудоносных интрузивов. В нижнем экзоконтакте интрузива Норильск I вмещающими являются метасоматиты по породам тунгусской серии и базальты верхней перми. Они слагают линзовидные и пластообразные тела мощностью 2--3 м. Вместе с брекчиевидными прожилково-вкрапленные руды составляют около 4% запасов руд норильских месторождений [8].

Брекчиевидные руды

Брекчиевидные руды -- второй по значению промышленный тип в пределах Октябрьского месторождения. По химическому и минеральному составу они близки к прожилково-вкрапленным рудам и отличаются от них только структурно-текстурными характеристиками. Они развиты на западном фланге Хараелахского интрузивного массива (Октябрьское месторождение), где единое тело интрузива расщепляется на ряд апофиз, а контактово-метаморфизованные и метасоматически измененные сульфатно- карбонатно-осадочные породы среднего девона содержат множество инъецированных тел интрузивных пород разной степени раскристаллизованности и размеров. Вмещающие породы для брекчиевидных руд -- пироксеновые, гранат-пироксеновые, ангидрит-пироксеновые роговики и шпинель-форстеритовые, монтичеллитовые и фассаитовые скарны.

В рудах с брекчиевидной текстурой обломки пород цементируются сульфидами и сульфидно-силикатными агрегатами. В основном «обломки» лишены рудной минерализации, но нередко их края замещаются тонкозернистыми сульфидами, преимущественно халькопиритом. По количественным соотношениям рудообразующих минералов выделяются халькопирит-пирротиновые, пирротин-халькопиритовые и халькопиритовые руды. Всегда в них присутствует пентландит в количестве 10--15% объема сульфидов. В миллерит-халькопиритовых рудах миллерит может быть единственным никелевым минералом. Пирротин представлен в основном моноклинной модификацией. Содержание никеля в нем в халькопирит-пирротиновых рудах колеблется от 0,7 до 1,6 масс. %, а в пирротин-халькопиритовых -- от 0,57 до 0,7 масс. %.

Пентландит в рудах с пирротином образует мелкие пламеневидные и пластинчатые зерна в пирротине и тонкие каймы вокруг пирротина, а в халькопиритовых рудах пентландит порфировидный. Содержание никеля в пентландите из пирротиновых руд -- 37,2--38,0 масс. %, а в миллерит-пентландит-халькопиритовых достигает 41,6 масс. %. Сульфиды в отдельных участках замещаются вторичными минералами, пирротин и халькопирит -- пиритом, пиритом + магнетитом, магнетитом + валлериитом + диаспором, пентландит -- макинавитом. Второстепенные минералы -- сфалерит, галенит, джерфишерит, аргентопентландит.

Вкрапленные руды

Вкрапленные руды приурочены к нижним дифференциатам интрузивных массивов -- пикритовым и такситовым габбро-долеритам. В структуре запасов норильских месторождений они составляют около 84% [9]. Строение залежей вкрапленных руд полностью определяется морфологическими особенностями горизонтов вмещающих их пород. Наибольшей мощностью (до 40--50 м) эти руды обладают в максимальных мощностях расслоенных массивов.

Характер минерализации как по морфологии сульфидных выделений, так и по парагенезисам сульфидов в пикритовых габбродолеритах отличается от такситовых [3; 4]. В первых сульфиды выделяются в виде (1) мелких (не более 2 мм) интерстициальных вкрапленников, (2) более крупных (до 2--3 см) овоидов -- «капель», часто расслоенных. Верхняя их часть сложена халькопиритом, нижняя -- пирротином. В такситовых габбро-долеритах преобладают относительно крупные (1--3 см) ксеноморфные выделения сульфидов. Кроме них развита мелкая интерстициальная вкрапленность и шлиры неправильной линзовидной и прожилковидной формы величиной до 10--15 см.

Таблица 2. Химический состав основных типов Cu-Ni руд (масс. %) Норильского района

* Технологические пробы [10].

Примечание: n -- количество проб.

Пентландит-халькопирит-пирротиновые руды, как вкрапленные, так и массивные, имеют общий структурный рисунок. На контакте блоков пирротина и халькопирита развиваются каймы пентландита I, в некоторых участках переходящие в порфировидные выделения. В самом пирротине I наблюдаются мелкие пластинчатые, линзовидные и пламеневидные выделения пентландита II, ориентированные вдоль трещин и отдельностей пирротина I или перпендикулярно трещинам в нем (пентландит II). Такую же ориентировку имеют и линзовидные выделения халькопирита. В поле развития халькопирита развиваются зерна пирротина II, которые либо непосредственно примыкают к блокам пирротина I, либо образуют выделения неправильной, прямоугольной и шестиугольной формы. Зерна пирротина II могут отделяться от халькопирита тонкими полосками силикатов. В сложении пирротина II могут участвовать все три модификации пирротина -- троилит, гексагональный и моноклинный пирротин.

Рудные оксиды во вкрапленных рудах представлены титаномагнетитом, магнетитом и ильменитом.

Геохимические особенности Cu-Ni руд Норильского района

Основные типы Cu-Ni руд Норильского района, рассмотренные выше, существенно различаются по химическому составу и содержанию породообразующих окислов (табл. 2). Следует отметить, что установленные содержания породо- и рудообразующих компонентов хорошо коррелируют с минералогическим описанием типов руд (см. выше).

В массивных рудах преобладают Fe₂O_{3 общ} и S (в среднем 37,47% и 35,19% соответственно). В них наиболее высокие содержания основных металлов Cu и Ni (в среднем 19,58% и 4,7% соответственно) и низкие концентрации породообразующих компонентов.

В прожилково-вкрапленных рудах содержания породообразующих компонентов заметно возрастают (средние): SiO₂ -- 19,41%, СаО -- 18,6%, MgO -- 5,11%, Al₂O₃ -- 4,59%. А концентрации Fe₂O_{3 общ}, S, Cu и Ni соответственно снижаются: 20,46%, 14,9%, 3,0% и 1,91%.

В брекчиевидных рудах по сравнению с прожилково-вкрапленными наблюдаются снижение концентраций SiO₂ до 13,97% и СаО до 7,23%, обогащение рудообразующими компонентами (Fe₂O_{3 общ} -- 25,07%, S -- 22,17%, Cu -- 11,79% и Ni -- 1,34%).

Во вкрапленных рудах породообразующие компоненты, естественно, имеют наиболее высокие, а рудные компоненты -- низкие концентрации (см. табл. 2). Вкрапленные руды Норильска I наиболее бедны по сравнению с другими объектами (см. табл. 2).

Рис. 3. Микроэлементы основных типов Cu-Ni руд Норильского района. Средние содержания, нормированные к примитивной мантии [11]

Fig. 3. Trace elements of the main types of Cu-Ni ores in the Norilsk region. Average contents normalized to primitive mantle [11]

Распределение микроэлементов в основных типах Cu-Ni руд Норильского района показаны на совмещенных диаграммах (рис. 3 и 4), где они нормированы по отношению к средним значениям для примитивной мантии [11].

По сравнению с примитивной мантией Cu-Ni норильские руды характеризуются явным обогащением халькофильными и сидерофильными, а также незначительным обогащением РЗЭ и радиоактивными элементами (см. рис. 3 и 4).

Коэффициенты обогащения рудных элементов достигают в массивном типе руд (см. рис. 3) нескольких десятков (Mo, Ir, Zn, Rb, W, Nb, Th, U, Ba, La, Ce, Pr), сотен (Sc, Sb, Sn, Re, Se, Cd, Tl), тысяч (Cu, Te, Pb, Bi, Au) и десятков тысяч (Ni, Pd, Ag) раз, что свидетельствует о геохимическом сродстве микроэлементов и их синхронном участии в рудообразовании. Кроме того, коэффициенты обогащения ряда элементов (Zn, Rb, Nb, Cs, W, Th, U) незначительно превышают единицу.

Распределение микроэлементов в других типах руд обладают большим сходством (см. рис. 3). Например, коэффициенты обогащения в прожилково- вкрапленных рудах достигают нескольких десятков (Be, Cr, As, Nb, Cd, Sn, Mo, Sb, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Ta, W, Yh, U, Ir), сотен (Se, Te, Tl, Pb, Bi, Au, Re), тысяч (Ni, Ag, Cu, Pd). Кроме того, эти руды незначительно (от 1 до 10 раз) обогащены Li, V, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Cs, Ba, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tn, Yb, Lu, Hf. Практически аналогичным образом с небольшими вариациями микроэлементы распределены в брекчиевидном и вкрапленном типе руд, что свидетельствует о геохимическом сродстве микроэлементов и их синхронном участии в рудообразовании.

Рассмотрим в сравнительном плане распределение микроэлементов в прожилково-вкрапленных рудах Октябрьского и Талнахского месторождений (см. рис. 4, табл. 2). Средние содержания, по данным технологического опробования на фабрике [10], нормированы к примитивной мантии [11].

Коэффициенты обогащения проанализированных микроэлементов в октябрьской и талнахской руде достигают в основном сотен (S, Pt, Au, Se,Te, Pb, As, Sn, Mo) и тысяч (Ni, Cu, Ag, Pd) раз. Кроме того, более чем в 10 раз руды обогащены Rh и Ru, незначительно (от 1 до 10 раз) обогащены Ir, Os и Zn (см. рис. 4).

Таким образом, распределения основных микроэлементов в наших и фабричных пробах обладают большим сходством (см. рис. 3 и 4), что свидетельствует о высоком качестве выполненных анализов. Отметим, что в наших пробах не стояла задача определения полного спектра платиноидов.

Судя по рис. 3 и 5, распределения микроэлементов в основных типах Cu-Ni руд Норильского района, нормированных к примитивной мантии и верхней коре, обладают определенными сходством и различием. По сравнению со спектрами микроэлементов, нормированных к примитивной мантии (см. рис. 3), в нормированных к коре (см. рис. 5) исчезли W, Ta, Nb, РЗЭ. В массивном типе руд (см. рис. 5) коэффициенты обогащения микроэлементов достигают нескольких десятков (Sb, Pb), сотен (Cd, Re, Bi), тысяч (Ni, Ag, Cu, Au, Re) и сотен тысяч (Pd) раз. В других типах руд коэффициенты обогащения отмеченных выше микроэлементов заметно снижаются, иногда почти на порядок (см. рис. 5). Кроме того, массивные руды незначительно обогащены Zn, Se, Tl, Te, Sn, прожилково-вкрапленные -- V, Cr, Zn, As, Mo, Sb, Te, Pb, Bi, брекчиевидные -- Sc, Cr, Zn, Sn, Sb, Te, Tl, Pb, вкрапленные -- Sc, V, Zn, Cd, Sb, Bi, коэффициенты обогащения которых не превышают нескольких раз (см. рис. 5). Естественно, наиболее обогащены основными рудными элементами массивные руды.

Рис. 4. Распределение извлекаемых микроэлементов в рудах Октябрьского и Талнахского месторождений. Средние содержания по данным технологического опробования [10], нормированные к примитивной мантии [11]

Fig. 4. Distribution of extracted trace elements in the ores of the Oktyabrskoye and Talnakhskoye deposits. Average grades, according to technological sampling [10], normalized to the primitive mantle [11]

Необходимо отметить довольно высокую обогащенность всех типов руд Bi, Re и Cd (см. рис. 5), которые потенциально промышленно значимы как высокотехнологичные металлы и могут быть перспективны для попутной добычи.

Концентрация редких земель в основных типах Cu-Ni руд Норильского района за исключением массивных руд превышает уровень стандарта хондрита [12], фракционирование РЗЭ слабое (см. табл. 3, рис. 6ж). Спектры распределения нормированных по хондриту РЗЭ имеют небольшой отрицательный уклон: суммарные содержания легких РЗЭ выше, чем тяжелых. Идентичность конфигураций трендов распределения проявляется для средних РЗЭ и тяжелых РЗЭ (см. рис. 6ж). Индикаторные показатели разных типов руд Норильского района имеют близкие значения (см. табл. 3). Наклонные и пологие участки спектров РЗЭ разных типов руд (рис. 6ж) обладают большим сходством между собой и со спектрами вмещающих пород [14].

Рис. 5. Распределение микроэлементов в основных типах Cu-Ni руд Норильского района. Средние содержания, нормированные к континентальной коре [12]

Fig. 5. Distribution of trace elements in the main types of Cu-Ni ores in the Norilsk region. Average grades normalized to the continental crust [12]

Концентрация РЗЭ в основных типах Cu-Ni руд Норильского района характеризует условия их образования. Схожесть геометрии спектров РЗЭ массивных и прожилково-вкрапленных, брекчиевидных, вкрапленных типов руд, содержащих значительную примесь вмещающих пород (см. табл. 2), указывает на унаследованность состава РЗЭ в рудах от вмещающих пород. Это факт также подтверждает, что сумма РЗЭ массивных руд в 30 раз ниже, чем в других типах руд (см. табл. 3). По существу в массивных сульфидных рудах тяжелые и средние РЗЭ практически отсутствуют (рис. 6а).

Во вкрапленных рудах в пикритовых и такситовых габбро-долеритах со значительным содержанием оливина спайдердиаграммы представляют собой плавные линии с незначительным фракционированием легких элементов (рис. 6ж). Во вкрапленных рудах в такситовых габбро-долеритах присутствует Eu аномалия -- в Хараелахском (Октябрьское месторождение) и Талнахском (Талнахское месторождение) интрузивах она положительная, а в интрузиве Норильск I -- отрицательная (рис. 6б, 6г и 6е). Еще одна особенность такситовых габбро-долеритов интрузива Норильск I -- более высокие концентрации редких земель по сравнению с Хараелахским и Талнахским интрузивами (см. табл. 3).